(57)【要約】容量的に動作するＭＥＭＳマイクロフォンにおいて、プルイン点が、バイアス電圧の変更を介して決定され、この場合の、薄膜と背後電極との間の現在のプルイン電圧並びに対応するプルイン容量を確定する。新たに較正されたバイアス電圧が、最終検査の後に決定され、ＭＥＭＳマイクロフォンの内部記憶装置に記憶された第１のプルイン点の値と、第１の作用点における同様に記憶された値とからの現在のプルイン点のズレから決定され、調整され、感度が以て元の第１の作用点であったものにより近く戻される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
容量的に動作するＭＥＭＳマイクロフォン（ＭＩＣ）を再較正するための方法であって、
前記ＭＥＭＳマイクロフォンのプルイン点における、現在のプルイン電圧ＶＰａ、および、対応するプルイン容量ＣＰａ、または、バイアス電圧の現在の増加に関連した容量変化を確定するために、前記ＭＥＭＳマイクロフォンが示す前記バイアス電圧が段階的に増加され、
第１のプルイン点の値であって、最終検査後に決定され、前記ＭＥＭＳマイクロフォンの内部メモリ（ＩＭ）に記憶された値と、第１の動作点の値ＣＳ１、ＶＳ１とからの現在のプルイン点のズレから、再較正されたバイアス電圧ＶＳｎｅｗが、感度を前記第１の動作点において元々設定された感度に再度近づけるために決定され、設定される、方法。
【請求項２】
前記最終検査が、前記ＭＥＭＳマイクロフォン（ＭＩＣ）の製作の直後に実行され、
前記第１のプルイン電圧ＶＰ１を確定するステップと、
第１の動作電圧ＶＳ１の前記バイアス電圧を変えることによって前記ＭＥＭＳマイクロフォンの所望の感度による動作点を設定するステップと、
前記第１の動作電圧ＶＳ１における前記第１のプルイン電圧ＶＰ１および前記第１の動作容量ＣＳ１における前記ＭＥＭＳマイクロフォンの前記第１のプルイン容量ＣＰ１、または代替として、観測された値の対応する変化であって、前記プルイン点における前記バイアス電圧の現在の増加に関連した容量変化を確定するステップと、
前記値ＣＳ１、ＶＳ１、ＣＰ１およびＶＰ１を前記ＭＥＭＳマイクロフォンの内部メモリ（ＩＭ）に記憶するステップとを含み、
１回目の再較正が、回路環境への前記ＭＥＭＳマイクロフォンの取付け後に実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記再較正されたバイアス電圧ＶＳｎｅｗが、式
ＶＳｎｅｗ＝ＶＳ１−（ＶＰ１−ＶＰ２）＋（ＣＰ１−ＣＰ２）×（ＶＰ３−ＶＰ２）／（ＣＰ１−ＣＰ２）
により計算される、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記所望の感度並びに同様に前記第１の動作点および前記第１のプルイン点の値が、定義された音響環境において決定される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記再較正が繰り返し実行され、
前記最終検査後に決定された前記値ＣＳ１、ＶＳ１、ＣＰ１およびＶＰ１が、それぞれの場合に基準として使用される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記ＭＥＭＳマイクロフォンは、
前記ＭＥＭＳマイクロフォンの音響または熱的応力負荷に基づく具体的な規則により自動的に、および／または
特定の時間間隔が経過したとき自動的に、および／または
再較正がユーザによって手動で開始された場合、および／または
前記ＭＥＭＳマイクロフォンが取り付けられたデバイスのあらゆる再開の後、
のいずれかに再較正を実行する、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記最終検査時および前記再較正時の両方において、前記プルイン点に到達するまで前記バイアス電圧が次第に増加され、前記それぞれの容量または容量の変化が、各ステップの間に決定され、前記プルイン点に到達したとき、前記ＭＥＭＳマイクロフォンの前記容量が、高い値に到達するかまたはジャンプをおこない、プルイン電圧ＶＰａおよびプルイン容量ＣＰａまたはプルイン容量の変化として使用され、記憶された値が、それぞれの場合に前記プルイン点に到達する前の直前の値である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
自己較正デバイスを有するＭＥＭＳマイクロフォンであって、
容量的に動作するＭＥＭＳセンサ（ＭＳ）を備え、前記ＭＥＭＳセンサ（ＭＳ）に対してバイアス電圧を印加することができ、
前記ＭＥＭＳセンサに接続された特定用途向け集積回路（ＡＳ）を備え、
前記特定用途向け集積回路が、
ａ）  前記バイアス電圧の段階的増加を実行するステップと、
ｂ）  それぞれの場合に前記ＭＥＭＳセンサにおいて形成する容量の変化または容量を決定するステップと、
ｃ）  容量測定により現在のプルイン点を確定するステップと、
ｄ）  プルイン点におけるバイアス電圧および関連する容量または容量の変化の測定値を内部メモリに記憶するステップと、
ｅ）  今回決定された測定値および第１の測定で得たすでに記憶された測定値を使用して、再較正されたバイアス電圧ＶＳｎｅｗを計算するためのアルゴリズムを実行するステップと、
ｆ）  前記再較正されたバイアス電圧ＶＳｎｅｗを前記ＭＥＭＳマイクロフォンに印加するステップと
について設計される、ＭＥＭＳマイクロフォン。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
容量変化によるＭＥＭＳマイクロフォン（微小電気機械システムマイクロフォン）は、ＭＥＭＳセンサを有し、その薄膜は、音声をとらえ、１つまたは２つの隣り合う背後電極に対して容量を形成する。容量はたわみに応じて変化する。測定された容量変化から、音響信号の大きさを表す電圧がＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）において計算され、増幅される。
【０００２】
所望の感度を設定するため、薄膜に電気的にバイアスをかける目的で、薄膜と背後電極との間のＭＥＭＳセンサにはバイアス電圧が印加される。バイアス電圧は、ＭＥＭＳマイクロフォンが使われる特定の環境や条件に適合させるのに用いることもできる。
【０００３】
製造バラツキのため、ＭＥＭＳマイクロフォンは特性バラツキを有し得る。そのため、高品質なＭＥＭＳマイクロフォンには、ＭＥＭＳマイクロフォンの較正が必ず必要となる。
【０００４】
しかしながら、しっかりと較正されたＭＥＭＳマイクロフォンでも、エイジング（老朽化現象）を示し、エイジングの過程において、バイアス電圧に変わりがなくとも、環境の影響、特に、機械的、熱的および湿気の影響により、感度が変化する。これは、所望の値からの容認できないズレにまで達することがある。
【０００５】
しかしながら、そのようなエイジングされたＭＥＭＳマイクロフォンを再較正して所望の感度に再設定する方法は、既知の音響環境と較正された基準マイクロフォンを必要とするため、これまでに開示されていない。後者は、ユーザのほうのマイクロフォンの通常操作では利用できず、または、デバイスもしくはその他の回路環境に取り付けた後では利用できない。
【０００６】
したがって、本発明の目的は、任意の環境において後から較正することができるＭＥＭＳマイクロフォンとその方法を規定することである。
【０００７】
この目的は、２つの独立項に係るＭＥＭＳマイクロフォンおよび自己較正のための方法を用いる本発明によって実現される。本発明の有利な構成は、他の請求項により明確にされている。
【０００８】
本発明の基本概念は、マイクロフォンの感度の測定に、薄膜と背後電極との間に存在するＭＥＭＳセンサの容量を使用するというものである。同様の原理は、他の種類の変換（容量、電圧、電流、電荷）でも機能するが、容量の変化を利用するのが有利である。
【０００９】
通常、ＭＥＭＳマイクロフォンの感度の絶対値を、容量から確定することは、決められた音響環境においてのみおこなうことができる。
【００１０】
しかしながら、比較的簡単な手段を用いて、任意の時点におけるＭＥＭＳセンサのプルイン電圧を確定することは可能である。これは、薄膜と背後電極とが、電気的バイアス（そして機械的バイアスも）の結果として、直接的に接する程度にまで互いに近接したときの電圧である。これにより、回路ショート、または、プルイン点における容量の大幅な増加のいずれかがもたらされる。
【００１１】
そして、再較正には、最終検査において元々決定された測定値からのプルイン点における測定値のズレを、最初および元々のプルイン点に対して比較することが提案されている。これは、結果としてプルイン電圧のドリフト、すなわち、プルインが起きるバイアス電圧となり、また、プルイン点において測定された容量または前のバイアス設定とＰＵＬＬ−ＩＮ直前のバイアス設定との間の容量の変化の場合のズレとなる。
【００１２】
次いで、最終検査で得たこれらの測定値および記憶された値は、新たな動作点を確定する働きをし、新たな動作点において、決定されたプルイン電圧およびプルイン容量に対するプルイン点のドリフトが補償される。
【００１３】
プルイン電圧の絶対ドリフトは、第１の補償成分として使用することができる。駆動は前の動作電圧に追加される。
【００１４】
プルイン容量のドリフトに関して、第２の追加の補償成分として、ＭＥＭＳマイクロフォンの製作の直後の定義された音響環境で実行された最終検査時のプルイン点の測定された容量ドリフトを補償するために必要であるはずである電圧差が利用される。
【００１５】
したがって、前記電圧差を確定するために、最終検査時に記憶された第１のプルイン点および第１の動作点の測定値が用いられる。次いで、存在するバイアス電圧への容量の依存を表すグラフの傾きが、エイジングしたＭＥＭＳセンサの挙動を補間するのに使用される。傾きは、第１のプルイン点と第１の動作点とを接続する直線から決定することができる。容量ドリフトを補償するための電圧差は、さらなる追加の補償成分として働く。したがって、新たな動作点の再較正されたバイアス電圧は、前の動作電圧と２つの補償成分とを合計することによって得られる。
【００１６】
方法を正確に実行するために、ＭＥＭＳマイクロフォンに存在するバイアス電圧が、現在のプルイン点に到達するまで段階的に増加され、ＭＥＭＳマイクロフォンの現在のプルイン電圧ＶＰａおよび対応する現在のプルイン容量ＣＰａが確定される。これらの２つの測定値は、任意の時点および任意の場所において、したがって、ＭＥＭＳマイクロフォンの動作の間の任意の段階において確実に確定することができる。
【００１７】
次いで、現在のプルイン点のこれらの値は、ＡＳＩＣの内部メモリに恒久的に記憶された、最終検査で得た測定値と比較される。記憶された測定値は、少なくとも元のプルイン電圧、プルイン容量、および同様に動作点（第１の動作電圧ＶＳ１）におけるバイアス電圧、および関連動作容量（第１の動作容量ＣＳ１）を含む。次いで、これらの既知の値は、プルイン容量と第１の動作容量との容量差を実現するために、存在するバイアス電圧をどのように変更しなければならないかを確定するのに使用される。
【００１８】
次いで、存在する第１の動作電圧ＶＳ１は、補正値によって増加され（または場合により減少され）、新たな動作電圧ＶＳｎｅｗとして設定される。
【００１９】
プルインは、たとえば感度測定を用いて検出される。バイアス電圧は一定的に増加され、感度は、各点に対して決定される。プルインの場合、これにより、感度ジャンプが生じる（このジャンプは他の種類のマイクロフォン変換器、すなわち、容量、電流、電圧、電荷でも示される）。ジャンプにおいて測定された感度およびバイアス電圧は、較正のために所望の感度およびバイアス電圧に使用することができる。
【００２０】
方法の有効性または正確さを確認するために、本発明による方法は、一連のエイジングしたマイクロフォンに対して実行される。それと並行して、実際の感度が、標準化された音響環境におけるテストによって確認される。テストの間、元々測定された−３８＋／−０．０５ｄＢＶ／Ｐａのすべてのテストされたマイクロフォンに対する元々設定された感度が、エイジングの結果として変化し、次いで感度が−３８＋／−１．９７ｄＢＶ／Ｐａの範囲で変動することが分かっている。設定感度またはそのような測定値許容差からのこのズレは、明らかに非常に高い。
【００２１】
言及した感度測定を用いて本発明による自己較正アルゴリズムを実行した後、所望の感度からのズレは、大幅に低減され、今はわずか−３８＋／−０．３１ｄＢＶ／Ｐａに過ぎない。元の感度または所望の感度からの元の小さなズレは、もう得られないが、所望の感度からのズレは、大幅に低減されている。したがって、本発明による方法の有効性が証明されている。
【００２２】
マイクロフォンの較正達成の前提条件は、定義された条件下で実行される最終検査の値であり、前記値は、ＭＥＭＳマイクロフォンのＡＳＩＣに記憶される。最終検査の間、第１のプルイン電圧ＶＰ１が、バイアス電圧を定義されたステップで増加させながら、ＭＥＭＳセンサにおける容量を連続して決定することによって確定される。それと並行して、感度が、標準化された測定環境に対して決定される。どのような動作電圧を所望の感度に設定すべきかは、測定値から特定される。所望の感度の代替値として、所望の感度において決定された容量値（第１の動作容量ＣＳ１）が取られ、ＡＳＩＣの内部メモリに記憶される。プルイン点における容量およびバイアス電圧が、それに応じて記憶される。プルイン点における変化した容量（現在のプルイン容量）の補償に必要な値は、最終検査の間の動作点とプルイン点との間の測定曲線の傾きから得られる。
【００２３】
自己較正のための方法は、所望されるたびに繰り返すことができる。しかし、この場合、それぞれの再較正を実施するために最終検査で得た記憶された第１の値を常に用いる。前に実行された再較正で得た対応する測定値は、放棄することができる。
【００２４】
所望の感度に再度取り組むのに適切である、再較正されたバイアス電圧ＶＳｎｅｗは、たとえば、
ＶＳｎｅｗ＝ＶＳ１−（ＶＰ１−ＶＰ２）＋（ＣＰ１−ＣＰ２）×（ＶＰ１−ＶＰ２）／（ＣＰ１−ＣＰ２）
の式により計算することができる。
【００２５】
この場合、値（ＶＰ１−ＶＰ２）は、プルイン点の電圧ドリフトに対応するが、値（ＣＰ１−ＣＰ２）は、プルイン点の容量ドリフトに対応する。この場合、（ＶＰ１−ＶＰ２）および（ＣＰ１−ＣＰ２）の商は、最終検査で得た測定曲線の傾きに対応し、決定された容量の、存在するバイアス電圧への依存を示す。
【００２６】
較正方法が容量値の代わりに感度、インダクタンス、電流、電圧または電荷を使用する場合、式は同じようにして変換される。
【００２７】
再較正または自己較正は繰り返し実行することができる。再較正のトリガとして、具体的な音響または熱的応力負荷の到達を検出する具体的な規則を使用することが可能である。しかし、固定した時間間隔で再較正を実行することも可能である。代替案としては、もちろん、再較正をユーザによって任意の時間に開始することができる。これはマイクロフォンが厳しい機械的負荷または厳しい熱的負荷を受け、特性ドリフトが予測される場合に望ましい。代替案として、または追加的に、直前の較正の値が消去される揮発性メモリが使用されている場合、再較正または自己較正は、デバイスが再開されるたびに実行することができる。
【００２８】
最終検査時およびあらゆる再較正時の両方において、ＭＥＭＳセンサに存在するバイアス電圧は、プルイン点に到達するまで段階的に増加される。それぞれの容量は、各ステップの後、決定される。プルイン点に到達したとき、イプシロン＞１である絶縁体／誘電体が薄膜と対電極との間に通常位置する場合、ＭＥＭＳセンサの容量が非常に大きな値にジャンプするので、方法に使用可能なプルイン容量として、プルインに到達する直前のそれぞれ前の容量値を使用することが必要である。最終検査時および再較正時の両方において、バイアス電圧が一定のステップにおいて増加されることが好ましい。しかし、プルイン点の到達がまだすぐに予測されないことを条件に、異なるステップを使用することも可能である。
【００２９】
自己較正デバイスを有する、本発明によるＭＥＭＳマイクロフォンは、容量的に動作するＭＥＭＳセンサと、それに接続されたＡＳＩＣとを備える。バイアス電圧をＭＥＭＳセンサに印加することができる。自己較正のための方法を実行することができるために、ＡＳＩＣは、
ａ）  ＭＥＭＳセンサに存在するバイアス電圧を次第に増加させるステップと、
ｂ）  ＭＥＭＳセンサにおいてそれぞれの場合にここで形成する容量または容量の変化を決定するステップと、
ｃ）  容量測定により現在のプルイン点を確定するステップと、
ｄ）  プルイン点におけるバイアス電圧ＶＰ１および関連する容量ＣＰ１または容量の変化の測定値をＡＳＩＣの不揮発性内部メモリに記憶するステップと、
ｅ）  今回決定された測定値および最終検査で得たすでに記憶された測定値を使用して、再較正されたバイアス電圧ＶＳｎｅｗを計算するために再較正のためのアルゴリズムを実行するステップと、
ｆ）  再較正されたバイアス電圧ＶＳｎｅｗをＭＥＭＳマイクロフォンに印加するステップと
について設計される。
【００３０】
定義された音響環境における第１の較正は、既知のＭＥＭＳマイクロフォンを用いても可能であるので、既知のＭＥＭＳマイクロフォンでも、存在するバイアス電圧を変更するための手段をすでに備える。既知のＭＥＭＳマイクロフォンにおいても、少なくともこの値は、ＡＳＩＣの内部メモリに記憶される。本発明によるＭＥＭＳマイクロフォンには、現在必要なのは、拡張メモリおよび同様にＡＳＩＣに記憶されたアルゴリズムだけであり、アルゴリズムは、それに応じて、新たに計算された動作点の新たな計算されたバイアス電圧を確定するために現在の測定値および記憶された測定値を変換する。最後に、新たに確定した動作電圧は、ＭＥＭＳマイクロフォンにおいて設定され、以て、再較正を終了する。新たな較正値をＡＳＩＣのメモリまたは他のメモリ、たとえばマイクロフォンが取り付けられた電話機のメモリに恒久的に記憶することも可能である。
【００３１】
以下では、例示的な実施形態に基づき、また、関連づけられた図面を参照しつつ、本発明をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】自己較正を用いる、本発明によるＭＥＭＳマイクロフォンの概略構成を示す図である。
【図２】最終検査および自己較正を実行するときの概略方法シーケンスを示す図である。
【図３】最終検査後およびエイジング後において、印加したバイアス電圧に対するＭＥＭＳセンサの容量の依存性を示す図である。
【図４】５つの異なるＭＥＭＳマイクロフォンについて、最終検査後の感度セット、はんだ付け後に決定された感度、および、再較正後に決定された感度を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図１は、本発明によるＭＥＭＳマイクロフォンＭＩＣの概略構成を示す。前記ＭＥＭＳマイクロフォンは、ＭＥＭＳセンサＭＳとＡＳＩＣ  ＡＳとを備え、それらは両方ともチップ構成要素として構成されており、好ましくは共通担体上に互いに並んでまたは上下に配置することができる。ＭＥＭＳマイクロフォンＭＩＣの中心要素はＭＥＭＳセンサＭＳであり、ＭＥＭＳセンサＭＳは、可動電極（薄膜）と１つまたは２つの固定電極とを備える超小型容量として構成されている。ＭＥＭＳセンサＭＳの容量Ｃまたは容量の変化デルタＣは、容量測定ＣＭのためのデバイスを用いて検出され、薄膜のたわみの、したがって、受け取った音響信号の強度の大きさを表す電圧に変換される。
【００３４】
バイアス電圧発生器ＢＳを活用して、たとえば８〜１６Ｖの間の所望のバイアス電圧が生成され、薄膜と固定電極との間のＭＥＭＳセンサＭＳに印加される。適切なバイアス電圧は、たとえば、約１２ボルトである。ＭＥＭＳセンサＭＳの電極において取り出された信号、たとえば容量または容量の変化、およびＡＳＩＣにおいてそれから生成された電圧信号は、ＭＥＭＳマイクロフォンＭＩＣの出力ＯＵＴに増幅器ＡＭＰを介して転送される。
【００３５】
さらに、ＡＳＩＣは、自己較正ＳＣのためのデバイスを備え、それは、たとえばプログラム可能論理回路として構成される。この論理回路は、容量測定ＣＭによって供給されたデータを処理し、それらを内部メモリＩＭに記憶されたデータと比較する。
【００３６】
自己較正の結果として、再較正されたバイアス電圧ＶＳｎｅｗが得られ、その場合、ＭＥＭＳマイクロフォンの感度は目標値に再度近づけられている。次いで、新たな動作点における測定値を同様に内部メモリＩＭに記憶することができる。いずれの場合でも、最適動作点の再較正の間に確定したバイアス電圧ＶＳｎｅｗは、バイアス電圧発生器ＢＳに伝導され、バイアス電圧発生器ＢＳは、ＭＥＭＳセンサＭＳにおいて前記バイアス電圧を発生させ、それに応じて前記バイアス電圧を設定する。
【００３７】
ＡＳＩＣは、集積回路として構成され、たとえばシリコンＣＭＯＳ技術またはガリウムヒ素に基づいて具現化される。しかし、ＡＳＩＣの所望の機能を実現するための他の技術も可能である。
【００３８】
図２は、本発明によるＭＥＭＳマイクロフォンの自己較正をどのように実行することができるかについての概略方法シーケンスを示す。そこでの自己較正の上流は、定義された音響環境におけるＭＥＭＳセンサＭＳの製造の直後に実行される最終検査ＥＴである。もちろん、任意の後の時点において、場合により、所望のデバイス、たとえば携帯電話へのマイクロフォンの取付け後のみでも、この最終検査または第１の較正を実施することも可能である。
【００３９】
最終検査ＥＴには、存在するバイアス電圧によりＭＥＭＳセンサＭＳの感度を測定することが関与する。測定は、プルイン点ＰＩに到達するまで実行され、プルイン点ＰＩにおいて、測定された感度（または容量若しくは容量の変化）がすでに述べたジャンプをおこなうか、または少なくとも大きな低下を受ける。動作点において測定されるＭＥＭＳセンサの第１の動作容量ＣＳ１のように、所望の感度／容量、および特にそれに必要とされる第１の動作電圧ＶＳ１は、内部メモリＩＭに記憶される。対応するデータは、プルイン点に対して決定され、記憶される。容量は感度の大きさを表すと仮定される。
【００４０】
次いで、自己較正ＳＣが、内部メモリＩＭに記憶されたこれらのデータを活用して、および図１の例により設定された装置を活用して達成される。この場合、まず、ＭＥＭＳセンサＭＳに存在するバイアス電圧が、電圧発生器ＶＳを活用して次第に増加される。容量測定ＣＭまたはその変化の測定が、各ステップの場合実行される。次いで、論理回路において、設定されたバイアス電圧における測定された容量／容量の変化に基づいて、プルイン点ＰＩに到達したかどうかを確定するために確認がおこなわれる。プルイン点にまだ到達していない場合（Ｎ）、バイアス電圧は、バイアス電圧発生器ＶＳにおけるステップによってもう一度増加される。論理回路により、存在するバイアス電圧においてプルインに到達していたことがわかると（Ｙ）、値は、自己較正アルゴリズムＳＣＡに供給される。これらの値は、内部メモリＩＭに記憶された最終検査で得たデータと比較され、前記データは、同様に自己較正アルゴリズムのパラメータを表す。自己較正の結果として、再較正された動作電圧ＶＳｎｅｗが得られ、内部メモリＩＭに記憶され、再較正が何も実行されない限りＭＥＭＳマイクロフォンの他の動作の不変のバイアス電圧として使用される。
【００４１】
所定の時間の後、および／または具体的な条件に到達した後、および／またはマイクロフォンユーザによって要求され次第、自己較正は、もう一度実行することができる。次いで、この場合、現在のプルイン点のデータが測定され、自己較正アルゴリズムを用いて最終検査ＥＴで得た対応するデータと比較され、再較正されたバイアス電圧が確定され、ＭＥＭＳマイクロフォンの他の動作の根拠と解釈される。
【００４２】
図３は、ｄＢＶ／Ｐａで測定されたマイクロフォン感度の、ボルトで測定された存在するバイアス電圧への依存を示し、前記依存は最終検査において確定される。三角形で表されるこれらの測定点は、図において上側の曲線を生じる。
【００４３】
次いで、所望の目標感度が設定され、これはたとえば３８ｄＢＶ／ＰＡにある。たとえば、約１１．１ボルトのバイアス電圧が、ここではこの感度を設定するのに必要とされる。実際の感度と並行して、それに比例するＭＥＭＳセンサの容量／容量の変化も最終検査の間に確定され、これは、第１の動作電圧ＶＳ１における設定された第１の動作点において第１の動作容量ＣＳ１を有する。しかし、対応する容量の規模の図は、現在の図では明確さのために省略する。
【００４４】
ＭＥＭＳマイクロフォンの熱的または機械的負荷または他のエイジングの後、たとえば、マイクロフォンを回路環境内にはんだ付けした後、第１の自己較正が次いで実行される。そのために、ＭＥＭＳマイクロフォンの現在のプルイン点は、図２に概略的に示す方法によって確定される。前記プルイン点は、現在の動作電圧ＶＰａに発生する現在のプルイン容量ＣＰａにある。このプルイン点は、それに必要なバイアス電圧に対して、およびこの場合、測定された現在のプルイン容量に対しての両方で第１の動作プルイン点と異なる。ズレは、電圧のΔＸ、および、容量／容量の変化のΔＹである。
【００４５】
次いで、再較正のために、２つのズレΔＸ、ΔＹを補償する必要がある。そのために、まず、存在するバイアス電圧は、直接読取り可能値ΔＸだけシフトされる。ＹドリフトΔＹの補償のために、エイジング後の存在するバイアス電圧に依存するＭＥＭＳマイクロフォンの感度（下側の曲線）が、最終検査で正確に決定された上側の曲線と同様に挙動すると仮定する。
【００４６】
第１の動作電圧ＶＳ１の値から、第１のプルイン電圧ＶＰ１におけるプルインに到達することに移行するために、電圧が一定値だけ増加する間必要であるステップの数が数えられる。次いで、前記数に対応する電圧差が、再較正された動作電圧を確定するための他の被加数として使用される。その目的は、ここで−３８ｄＢＶ／Ｐａの所望の目標感度に可能な限り正確に再度達するように動作電圧を設定することにある。この場合、自己較正アルゴリズムは、近似値だけを表す。その理由は、達した結果、すなわち、再較正後に実際に設定された感度が、実際に目標値によく近似しているが、それでもそれからズレることがあるからである。しかし、マイクロフォンの感度の正確な確定は、自己較正中は可能ではない。
【００４７】
自己較正の達成を確認するために、ここで５つの異なるＭＥＭＳマイクロフォンの数が数えられ、最終検査および第１の較正を受けさせる。所望の第１の動作点へのこの第１の較正の後、すべての５つのマイクロフォンが、−３８ｄＢＶ／Ｐａの事実上同じ目標感度を有する。ここで、ズレはわずか０．０５ｄＢＶ／ＰＡに過ぎない。線１は、５つのマイクロフォンの設定された実際の感度をつなげ、水平直線からほんのわずかにズレる。
【００４８】
ＭＥＭＳマイクロフォンが回路環境内にはんだ付けされた後、マイクロフォン感度の新たな正確な測定が、設定された第１の動作電圧で実行される。線２は、５つのマイクロフォンの測定点をつなげたものである。線２が理想の線または設定されたマイクロフォン感度の元の分布１から明瞭にズレることは明確に明らかである。＋／−１．９７ｄＢＶ／Ｐａの感度のズレが、５つのマイクロフォンに対して結果として生じている。そのようなズレは、高性能マイクロフォンには受け入れられない。
【００４９】
次いで、本発明による自己較正が、それぞれの場合においてすべての５つのマイクロフォンに対して実行される。これには、それぞれのマイクロフォンの再較正された動作電圧を確定することおよびそれをＭＥＭＳセンサに印加することが関与する。次いで、感度測定が、このようにして再較正された５つのマイクロフォンに対してもう一度実行される。線３は、５つの再較正されたマイクロフォンの測定点をつなげたものである。再較正された感度が、元々決定され、設定された感度に再度よく近似していることが分かっている。達したズレは平均でわずか＋／−０．３１ｄＢＶ／Ｐａに過ぎない。図から、これは曲線２の元の曲線１への近接から純粋に視覚で識別することもできる。矢印４は、本発明による再較正によって、いかに大きく感度を所望の方向に変更することができたかという点で改善の程度を示す。これは本発明による方法の達成を示す。
【００５０】
本発明を１つの例示的な実施形態だけに基づいて説明してきたが、本発明はそれに制限されない。アナログおよびデジタル両方の容量的に動作するＭＥＭＳマイクロフォンは、本発明による方法によって較正することができ、較正は、自動的におよび／またはユーザの要求で実行することができる。本発明による自己較正方法の実施は、ＡＳＩＣアーキテクチャの単にわずかな拡張を必要とし、したがって、本発明によるＭＥＭＳマイクロフォンは、単にわずかに増加したハードウェア費用を必要とする。したがって、本発明によるマイクロフォンは、わずかにより高価に製作されるが、本発明による自己較正方法は、自動化しておよび迅速に実行することができ、同様に、時間またはエネルギーの観点から相対的に高い追加の出費は必要としない。
【符号の説明】
【００５１】
ＭＩＣ…ＭＥＭＳマイクロフォン、ＶＰ１…第１のプルイン電圧、ＢＳ…バイアス電圧発生器、ＶＳ１…第１の動作点における第１の動作電圧、ＣＳ１…第１の動作容量、ＣＰ１…第１のプルイン点における第１のプルイン容量、ＶＰ１…第１のプルイン電圧、ＩＭ…内部メモリ、ＶＰａ…現在のプルイン電圧、ＣＰａ…現在のプルイン容量、ＶＳｎｅｗ…再較正されたバイアス電圧、ＭＳ…ＭＥＭＳセンサ、ＡＳ…ＡＳＩＣ、ＡＭＰ…増幅器、ＣＭ…容量測定、ＳＣ…自己較正、ＯＵＴ…マイクロフォン出力、ＶＤＤ…供給電圧、ＧＮＤ…グランド、ＣＬＫ…クロック、Ｗ／Ｒ…書込み／読取り入力、ＶＳ…電圧変化、Ｐ１…プルイン、１…所望の感度、２…はんだ付け後の感度、３…自己較正後の感度、４…感度のシフト、ΔＸ…プルイン点のＸドリフト、ΔＹ…プルイン点のＹドリフト。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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